JP6215553B2 - 場所打ちコンクリート杭の締固め装置と締固め方法 - Google Patents

Description

本発明は場所打ちコンクリート杭の締固め装置と締固め方法に関するものである。

場所打ちコンクリート杭の施工では、削孔の内壁部分、特に表層部の内壁部分の崩壊を阻止するため、ケーシングとしての鋼管を設置して行う。
このケーシングはコンクリートの打設後には不要であるから、コンクリートが固化する前に引き抜いて再利用する。
その場合にケーシングの外側に隙間があると、ケーシングを引き抜いた際にその隙間にまだ固まらないコンクリートが流入する。
削孔内に打設したコンクリートは時間が経過するに従い流動性が低下し、鉄筋籠の内部のコンクリートは移動しにくくなるため、鉄筋籠の外側にあるまだ固まらないコンクリートだけが隙間に流入してしまう。
そのために図１０に示すように、コンクリート硬化後に杭頭部ａを掘り起こすと鉄筋籠ｂの外側のコンクリートだけが大きく下がった形状のコンクリート杭となる可能性もあり、杭頭部の余盛り不足ｆや杭断面欠損ｇ、あるいはコンクリートの充填がなされていない間隙部ｄなどの施工不良が発生することも予想される。
こうした杭頭部の施工不良に対処する方法としては、コンクリートの打設後に上方からバイブレータを挿入して杭頭部のコンクリートに振動を与えることが考えられるが、そのような方法では孔内上方にある安定液や余盛部の不健全なコンクリートを下部の健全な部分に巻き込むなどして、杭頭部のコンクリートの品質を劣化させてしまう可能性がある。
参考として特許文献１、２を提出するが、それらに記載してある発明は、いずれも打設するコンクリート自体の流動性に起因する杭頭部分の不良対策であり、本発明のようにケーシングの引抜き時に周辺の隙間にコンクリートが流れ込むことで発生する杭頭部分の不良対策にはなっていない。

特許第４３１１６２５号公報 特許第４１８１６１７号公報

以上の通り、従来のコンクリート締固め装置や方法では次のような問題点がある。
＜１＞ トレミー管の先端にバイブレータを取りつける方法は、トレミー管は短い管体を接続し、あるいは切り離す必要があるから、その際にバイブレータの配線処理が煩わしいものとなり、作業時間を大幅に増加させることになる。
＜２＞ 鉄筋籠にバイブレータを取りつける装置のように、鉄筋籠を直接振動させることは好ましくない。
＜３＞ 特許文献２に記載の発明のように、バイブレータをガイド部と称する筒体の内部に遊挿する構造では、コンクリートの打設圧でバイブレータがガイド部から抜け出したり、あるいはバイブレータとガイド部の間にコンクリートが充填されず、ガイド部の昇降の跡が、コンクリート内に筒状の欠損として残る可能性がある。
＜４＞ このようにいずれの対策もケーシング周囲の隙間に起因する現象への対策とはなっていない。つまり従来の技術、手順ではケーシング周囲の隙間に起因する問題には対処できない、という問題が残っているのである。

上記のような課題を解決するために、本発明の場所打ちコンクリート杭の締固め装置は、内部に鉄筋籠を配置し、ケーシングを引き上げながらコンクリートに振動を与える場所打ち杭の締固め装置であって、ケーシングの上端に略水平に架設するための水平桁と、水平桁のほぼ中心に設けた、鉛直方向に貫通したガイド筒と、水平桁に上端を取り付けた吊り材と、吊り材の下端に取り付けたバイブレータとより構成し、水平桁をケーシングの上端に架設した場合に、吊り材の下端のバイブレータは、ケーシングの下端付近に位置するように構成したことを特徴とするものである。
また本発明の場所打ちコンクリート杭の締固め方法は、上記の締固め装置を使用し、ケーシングを設置して削孔した孔内に鉄筋籠を配置した後に、締固め装置の水平桁をケーシングの上端にほぼ水平に配置して上記の装置を設置し、ガイド筒からトレミー管を挿入して削孔内にコンクリートを打設し、まだ固まらないコンクリートがケーシング上部まで上昇した状態で、バイブレータを起振しつつケーシングを上記の装置とともに引き抜いて行うことを特徴とするものである。

本発明の場所打ちコンクリート杭の締固め装置と締固め方法は以上説明したようになるから次のような効果の少なくともひとつを得ることができる。
＜１＞ 本発明の装置の水平桁をケーシングの上端に架設するだけで、バイブレータの位置はケーシングの下端付近に位置させることができる。したがってケーシングの引き上げに応じて、常にケーシングの下端付近の鉄筋籠の内部のまだ固まらないコンクリートに振動を与え続けることができる。
＜２＞ そのためにケーシングの周囲に隙間が存在していても、鉄筋籠の内部のまだ固まらないコンクリートを外側に押し出して隙間を充填しつつケーシングを引き上げることになるから、鉄筋籠の外側だけにコンクリート不足部、杭の断面欠損部が生じることがない。
＜３＞ 本発明のバイブレータは鉄筋籠に取り付けたものではないから、鉄筋籠に直接に振動を与えることがない。またバイブレータを鉄筋籠に取り付けるための特別な治具や異物をコンクリート中に残すことがない。
＜４＞ バイブレータと吊り材との間に遊挿するような隙間が発生しないから、空気や泥水を巻き込んで内部に欠損部を生じさせる可能性がない。
＜５＞ バイブレータの設置位置を吊り材の周囲に移動させて固定できるように構成した場合には、鉄筋籠の直径に応じてバイブレータを効果的な加振位置に配置することができる。
＜６＞ 上記と同様の理由によって、鉄筋籠の直径や杭径が異なっても、本発明の装置はそのまま転用して使用することができる。
＜７＞ バイブレータを鉄筋籠の内側に接近して配置した場合には、結果的にはケーシングの下端に接近して配置することになるので、より効率よくコンクリートをケーシングの裏面の間隙部に流入させる効果を期待することができる。

本発明の場所打ちコンクリート杭の締固め装置の実施例の説明図。 本発明の装置の他の実施例の説明図。 防護材を取り付けた実施例の説明図。 本発明の装置を用いる施工工程で、ケーシングと鉄筋籠を設置した段階の説明図。 トレミー管と締固め装置を設置した段階の説明図。 まだ固まらないコンクリートを打設した段階の説明図。 トレミー管を撤去した段階の説明図。 ケーシングを引き抜きながらバイブレータを作動させる段階の説明図。 完成した場所打ちコンクリート杭の説明図。 従来の施工方法で完成した場所打ちコンクリート杭の説明図。

以下図面を参照しながら本発明の場所打ちコンクリート杭の締固め装置と締固め方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞前提条件
本発明の場所打ちコンクリート杭の締固め装置Ａは、ケーシングＰで地盤の崩壊を阻止しつつ孔内に安定液を充填して地中を削孔し、削孔内に鉄筋籠Ｇを吊りおろし、トレミー管Ｔによって削孔内にコンクリートＣを打設する工法に使用する締固め装置Ａである。

＜２＞全体の構成
本発明の締固め装置Ａは、水平桁１と、バイブレータ２と、吊り材３と、ガイド筒４とより構成する。
吊り材３の上端は水平桁１に直接取り付ける構成（図１）、あるいはガイド筒４を介して水平桁１に取り付ける構成（図２）を採用することができる。
なお以下で「水平」、「鉛直」などの表現は、実際に使用する状態を仮定した説明のための表現であり、物理的な意味での水平、鉛直を意味するものではない。

＜３＞水平桁
水平桁１はＨ型鋼などの長尺の部材である。
その長さは少なくとも対象とする杭用に設置するケーシングＰの直径以上を備えている。
施工時には、この水平桁１をケーシングＰの上端に略水平に架設して使用する。
この水平桁１は複数本の長尺材で構成することもできる。
水平桁１の下面にストッパ１１を突設しておくと、ケーシングＰとの位置関係を常に確保できる。その結果、後述するガイド筒４を常にケーシングＰの中心に位置させることができる。

＜４＞ガイド筒
水平桁１のほぼ中央にはガイド筒４を設ける。
このガイド筒４は、鉛直方向に貫通した鋼管などを水平桁１に溶接する構成を採用することができる。
このガイド筒４は、トレミー管Ｔを削孔の内部に配置する場合に使用する筒体である。
そのためにガイド筒４の内径は、コンクリートＣを打設するトレミー管Ｔの外径よりも大きく形成する。
このようにガイド筒４を鋼管で構成してガイドの役割を与えて水平桁１の中心に位置させると、吊り材３を鉄筋籠Ｇの内部に鉄筋籠Ｇと同心円状に配置することができ、バイブレータを効果的、経済的に配置することができる。
また後述するように吊り材３の上部をガイド筒４に直接固定して場合には、ガイド筒４は吊り材３の位置もガイドすることになる。
ガイド筒４は鋼管に限らず、水平桁１の部材で開口部を形成するように井桁状や梯子状、多角形状に枠体として構成することもできる。

＜５＞吊り材
水平に設置する水平桁１からは、鉛直に配置した吊り材３を介してバイブレータ２を吊り下げる。
バイブレータ２は１本の吊り材３に１台、または複数台を取り付ける構造を採用することもできる。
吊り材３はワイヤなどの柔軟な部材ではなく、丸パイプや型鋼など、ある程度の剛性を備えた長尺部材である。
ある程度の剛性を備えているから、その下部の先端に取り付けたバイブレータ２が、打設時に下から上昇してくるまだ固まらないコンクリートＣの圧力で上昇したり、水平方向に移動したりすることがなく、定まった位置でまだ固まらないコンクリートＣに振動を与えることができる。
そのために複数本の吊り材３は、下部においてひとつの水平方向の固定リング３１などで位置を拘束するとよい。

＜５−１＞吊り材の取り付け構造１（図１）
吊り材３の上端を、水平桁１に直接取り付ける構造である。
その場合に、吊り材３の上部を水平桁１に直接溶接する構造、あるいは吊り材３の上部を、水平桁１に取り付けたブラケット３２などを介して取り付ける構造を採用することができる。
吊り材３は水平材１に複数本取り付ける。
吊り材３の取り付け位置は、水平桁１をケーシングＰの上端に架設した場合に、すべての吊り材３が鉄筋籠Ｇの内部に、均等間隔で位置するように配置する。（「鉄筋籠の内面の近く」については後述します）

＜５−２＞吊り材の取り付け構造２（図２）
吊り材３の上端あるいは上部を、水平材１に間接的に取り付ける構造である。
そのために吊り材３の上端や上部を、ガイド筒４の側面に溶接して、ガイド筒４を介して水平桁１に取り付ける。
吊り材３の取り付け位置は、水平桁１をケーシングＰの上端に架設した場合に、すべての吊り材３が鉄筋籠Ｇの内部に、均等間隔で位置するように配置する点は上記の取り付け構造と同一である。

＜６＞鉄筋籠との位置関係
吊り材３はできるだけ鉄筋籠Ｇの内側の面の近くで、かつ鉄筋籠Ｇに接触しない位置に配置することが望ましい。
このように配置すれば、結果的にはバイブレータ２をケーシングＰの内面に近い位置に設置することになり、コンクリートをケーシングＰの裏面の間隙部Ｄに流動させる効果が向上するからである。
鉄筋籠Ｇの内側の面に近い位置とは、条件によって異なるが、１００〜２００ｍｍ程度の位置が効果的であり、それ以上接近するとバイブレータ２や、後述する拡張機構が鉄筋籠Ｇに当たってバイブレータ２の引き上げが困難となるような不都合が生じる。

＜７＞ケーシングとの位置関係
水平桁１と、バイブレータ２の距離、すなわちバイブレータ２の設置深さとには一定の関係を持たせる。
すなわち水平桁１をケーシングＰの上端に架設した場合に、吊り材３の下端のバイブレータ２は、ケーシングＰの下端付近に位置するように構成するものである。
すると水平桁１を上端に架設した状態で、バイブレータ２を駆動させながら本発明の締固め装置ＡをケーシングＰと一体で引き上げた場合に、バイブレータ２は常にケーシングＰの下端付近に位置して、下端付近のまだ固まらないコンクリートＣに重点的に振動を与え続けることができる。
なおケーシングＰの「下端付近」とは条件によって異なるが、側面図で見た場合に、ケーシングＰの下端の線から上下方向に５００ｍｍ〜１０００ ｍｍ程度の位置を意味する。すなわちバイブレータの振動の実質的な影響範囲である。

＜８＞拡張機構（図２）
バイブレータ２を吊り材３に直接固定して連結した場合には、バイブレータ２の位置は変更できず、バイブレータ２は常に吊り材３の鉛直線上で、その下端付近に位置しているが、この構造でもその設置位置が対象としている杭において適切な場合には本発明の目的を十分に達成することができる。
しかし、バイブレータ２を吊り材３に直接連結せず、リンク機構５などの拡張機構を介して間接的に取り付けて、バイブレータ２が吊り材３の鉛直線から外れた周囲の位置に設置して固定できるように構成することも可能である。
このバイブレータ２の位置の調整は、本発明の締固め装置ＡをケーシングＰ内に吊り降ろす直前に地上で行ったり、事前に工場などで行っておくことができる。
したがって拡張機構としてパンタグラフのような四節リンク機構５を採用した構造であっても、ケーシングＰ内に吊り降ろしたのちに遠隔操作するのではないため、直接人の手で位置決めを行いボルトで固定するような単純な構造を採用することができる。
そのような構成を採用することで、杭径に合わせた変更を容易に人力で行うことができる。

＜９＞防護材（図３）
バイブレータ２が、特にその引き揚げ時に鉄筋籠Ｇに引っかからないように、防護材６を設けることもできる。
そのために例えば図３に示すように、吊り材３群をまとめる固定リング３１の外周の複数個所に、上下方向に湾曲したソリのような防護材６を取り付けることができる。
あるいは各吊り材３の下端付近、すなわちバイブレータ２のすぐ上の位置に縦方向に円弧状の鉄筋やソリ状の板を防護材６として取り付けることもできる。
あるいは固定リング３１の外周や吊り材３に、円環状のパイプやリングを、その中心軸を水平に位置させて防護材６として取り付けることができる。
拡張機構を設けた場合には、折れ曲がるリンクのもっとも外側にソリ状の板を吊り下げても同様の効果を達成できる。
防護材６は耐久性が高く、摩擦係数が小さい硬質樹脂で形成することもできる。

＜１０＞使用方法
次に上記の締固め装置Ａの使用方法について説明する。

＜１１＞前提条件（図４）
アースドリル工法、ボーリングホール工法、オールケーシング工法、リバースサーキュレーション工法、などですでに孔の上端周囲にケーシングＰを設置し、内部に安定液を充填して孔の掘削が完了し、孔の内部には鉄筋籠Ｇも設置してある状態である。

＜１２＞準備工程
地上で水平桁１に取り付けた複数本の吊り材３の各々の下端近傍にバイブレータ２を取り付ける。
バイブレータ２の位置の調整が可能なタイプであれば、その段階でリンク機構５などの拡張機構を使ってバイブレータ２の位置を調整し、あらかじめボルトなどで固定しておく。

＜１３＞水平桁の架設（図５）
ケーシングＰの上端に、水平桁１をほぼ水平に架設する。
すると水平桁１から直接、間接に吊り材３を介してつりさげたバイブレータ２群は鉄筋籠Ｇの内部で、かつケーシングＰの下端付近に位置することになる。
さらに前記の実施例のように、ケーシングＰの下端付近であってかつ、バイブレータ２群が鉄筋籠Ｇの内側に、鉄筋籠Ｇに接触しない程度に接近させた状態で配置することもできる。
この段階はコンクリートの打設前であるから、バイブレータ２は作動していない。

＜１４＞コンクリートの打設（図６）
ガイド筒４の内部を貫通させてトレミー管Ｔを吊りおろす。
そしてトレミー管Ｔの上端からコンクリート圧送ポンプなどを介してトレミー管Ｔ内へコンクリートＣを供給する。
こうしてトレミー管Ｔの下端からまだ固まらないコンクリートＣを孔内に吐出して安定液を押し上げつつ、充填してゆく。
トレミー管Ｔを引き上げながらコンクリートＣの打設を続け、まだ固まらないコンクリートＣの上端がケーシングＰの上方の所定の位置まで到達したら、コンクリートの打設を中止し、トレミー管Ｔをガイド筒４から引き抜いて撤去する。（図７）

＜１５＞ケーシングの引き上げ（図８）
ケーシングＰの内部の所定の高さまでまだ固まらないコンクリートＣが充填されれば、ケーシングＰの用途は終了したので、ケーシングＰを引き抜いて撤去する。
ケーシングＰの引き抜きに際して、バイブレータ２を作動させると、バイブレータ２は常にケーシングＰの下端付近に位置した状態を維持しながらケーシングＰと一体で上昇する。
そのためにケーシングＰの外側に隠れた状態で存在する間隙部Ｄに、まだ固まらないコンクリートＣを偏りなく順次充填してゆくことができる。
このように、ケーシングＰの裏側に間隙部Ｄが発生している場合に本発明の装置を使用する意味が生じる。
なおケーシングＰの引き上げによってバイブレータ２が上昇するが、上記した防護材６を設置した場合には、バイブレータ２が鉄筋籠Ｇに当たったり、からまったりするような不都合が生じない。

＜１６＞間隙部への充填
ケーシングＰの裏側に間隙部Ｄが存在する場合の充填状態を、従来の方法と比較して説明する。
前記したように従来はバイブレータを作動させた後にケーシングＰを引き上げるといった、ケーシングＰの引き上げとは別のタイミングでバイブレータを作動させる方法であった。
そのために従来の方法では図１０に示すように、鉄筋籠ｂの外周に位置するまだ固まらないコンクリートだけが間隙部ｄの内部に流入するが、鉄筋籠ｂで囲まれた内部のコンクリートはケーシングの引き上げ時にはあまり移動することができないので、周囲に杭断面の欠損ｇ部や余盛り不足ｆ部が発生することになる。
それに対し本発明の装置ではケーシングＰの下端付近であって、かつ鉄筋籠Ｇの内部につねにバイブレータ２が位置しており、さらにバイブレータ２を鉄筋籠Ｇの内側に、両者が接触しない状態で接近させて位置させることもできる。
そのためにケーシングＰを引き上げた杭孔内の壁面に間隙部Ｄが存在していた場合に、鉄筋籠Ｇの内部のまだ固まらないコンクリートＣも振動を受けて十分な流動性を与えられることになるから、そのまだ固まらないコンクリートＣも鉄筋籠Ｇの内部から外部の間隙部Ｄへ押し出され、間隙部Ｄを充填することになる。（図９）
このように本発明の装置Ａを使用すると、図１０に示す従来の方法のように鉄筋籠ｂの外側に位置するまだ固まらないコンクリートだけが流出して、杭頭部のコンクリート表面が傾斜したり余盛不足ｆが生じたり、断面欠損ｇが発生するといった不都合を生じることがなく、水平な打設面を維持した断面欠損のない密実な頭部を備えたコンクリート杭が完成する。

１：水平桁
２：バイブレータ
３：吊り材
４：ガイド筒
５：リンク機構
６：防護材
Ａ：本発明の締固め装置
Ｐ：ケーシング
Ｃ：コンクリート
Ｇ：鉄筋籠
Ｔ：トレミー管
Ｄ：間隙部

Claims (8)

1. 内部に鉄筋籠を配置し、ケーシングを引き上げながらコンクリートに振動を与える場所打ち杭の締固め装置であって、
   ケーシングの上端に略水平に架設するための水平桁と、
   水平桁のほぼ中心に設けた、鉛直方向に貫通したガイド筒と、
   水平桁に上端を取り付けた吊り材と、
   吊り材の下端に取り付けたバイブレータとより構成し、
   水平桁をケーシングの上端に架設した場合に、吊り材の下端のバイブレータは、ケーシングの下端付近に位置するように構成したことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
2. 請求項１記載の締固め装置において、
   吊り材の上端を、直接水平桁に取り付けたことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
3. 請求項１記載の締固め装置において、
   吊り材の上端を、ガイド筒を介して水平桁に取り付けたことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
4. 請求項１記載の締固め装置において、
   バイブレータを吊り材によって直接連結し、バイブレータは常に吊り材の鉛直線上に位置しているように構成したことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
5. 請求項１記載の締固め装置において、
   バイブレータを吊り材によって間接的に連結し、
   バイブレータが吊り材の鉛直線よりも外側に、その位置を固定できるように構成したことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
6. 請求項１記載の締固め装置において、
   水平桁をケーシングの上端に架設した場合に、
   バイブレータは、ケーシングの内側に設置した鉄筋籠よりもさらに内部に位置するように構成したことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
7. 請求項１記載の締固め装置において、
   水平桁をケーシングの上端に架設した場合に、
   バイブレータは、鉄筋籠の内面に接近しており、かつ接触していない場所に位置するように構成したことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め装置。
8. 請求項１記載の締固め装置を使用し、
   ケーシングを設置して削孔した孔内に鉄筋籠を配置した後に、
   締固め装置の水平桁をケーシングの上端にほぼ水平に配置して上記の装置を設置し、
   ガイド筒からトレミー管を挿入して削孔内にコンクリートを打設し、
   まだ固まらないコンクリートがケーシング上部まで上昇した状態で、バイブレータを起振しつつケーシングを上記の装置とともに引き抜いて行うことを特徴とする、
   場所打ちコンクリート杭の締固め方法。

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